Caratterizzazione di flussi bifase acqua-olio tramite misure con valvole rapide e rilievi fotografici

Oil-water two-phase flow experiments were conducted in a horizontal duct made of Plexiglas to determine the holdup of oil, using mineral oil (density 889 kg m^{-3}; viscosity 0,54 Pa s at 26 °C) and tap water. The duct presents a sudden contraction, with contraction ratio equal to 0,36. About 300 tests were performed by varying the flow rates of the phases. Data were compared with the predictions of the Arney correlation for oil-water flow performed for horizontal duck, showing a good agreement with it. A drift-flux model was also applied to determine the distribution parameter: the result seems to agree quite well with the experiments. Data were then compared with predictions of correlation developed for air-water flows: six of them show a very good agreement, with an average error lower then 10%. At the same time, several photographs of the upstream and downstream duct parts were taken and then compared with other ones from ducts with a different contraction ratio (0,64) e with constant diameter. It was shown how the sudden contraction influences the flow pattern. Finally, a preliminary analysis was conducted in order to extract from the acquired photographs and videos the values of some of the governing parameters of the flow.

E' stata condotta una campagna sperimentale su flussi bifase acqua-olio per la determinazione della frazione volumica in situ (holdup) dell'olio (massa volumica 889 kg m^{-3} e viscosità 0,54 Pa s a 26 °C) in un condotto orizzontale di sezione circolare realizzato in Plexiglas, avente un brusco restringimento di sezione con rapporto di contrazione pari a 0,36. Sono state eseguite circa 300 prove al variare delle portate delle fasi. Gli esperimenti hanno mostrato un buon adattamento con la relazione di Arney, tipicamente utilizzata per i condotti a sezione costante. E' stata quindi verificata la possibilità di applicare un modello drift-flux determinando il valore del parametro di distribuzione, il quale è risultato in accordo con le osservazioni. Si sono poi applicate al caso in questione correlazioni sviluppate per flussi acqua-aria reperite in letteratura: sei hanno mostrato un buon accordo, con errore medio inferiore al 10%. In parallelo è stata condotta una campagna di rilievi fotografici dei regimi di moto nelle sezioni a monte e a valle della singolarità, confrontandoli con altri precedentemente raccolti per un condotto con diverso rapporto di contrazione e per un altro privo di singolarità. Si è mostrato in che modo la presenza del restringimento di sezione influisca sui regimi di moto osservati. Infine si è corredato lo studio con un'analisi quantitativa preliminare dei rilievi video-fotografici, illustrando alcuni metodi elementari per calcolare in modo approssimativo i parametri caratteristici del flusso.